具備低價、優(yōu)異倍率性能、長壽命、高安全性的水系鋅離子混合電容器（ZHSCs）是理想的下一代能量存儲器件，高比表面積、多級孔、富缺陷的摻雜分級多孔碳（HD-HPCs）是非常有前景的ZHSCs正極材料。但是，可持續(xù)且可控原位構(gòu)筑同時具備多種結(jié)構(gòu)組分優(yōu)勢的HDHPCs仍然面臨挑戰(zhàn)。

近日，北京理工大學(xué)白瑩教授、吳川教授等人在ScienceChina Materials發(fā)表研究論文，提出一種新的分子工程化策略，即直接碳化富含多種異質(zhì)原子的超分子前驅(qū)體，便可實現(xiàn)原位構(gòu)筑多元摻雜HDHPCs，并可以作為高性能水系ZHSCs的正極材料。

本文要點：

1) 這種綠色可持續(xù)的分子工程化策略具有多種優(yōu)勢，包括不需要額外的成孔技術(shù)、活化劑、模板劑以及復(fù)雜且危險的清洗過程。

2) 由于富雜原子超分子前驅(qū)體具有較高的活性，高溫碳化過程中雜原子以及鄰近雜原子的碳原子很容易從碳骨架中脫離，形成豐富的微介孔結(jié)構(gòu)。

3) 活性結(jié)構(gòu)與組分優(yōu)化后的正極材料在水系ZHSCs中0.5和20 A g-1下容量分別達(dá)到139.2和88.9 mA h g-1，在準(zhǔn)固態(tài)ZHSCs中0.5 A g-1下容量也能夠達(dá)到111.5 mA h g-1。水系和準(zhǔn)固態(tài)ZHSCs也具備高能量和功率密度，以及長循環(huán)穩(wěn)定性。

4) 理論計算表明多原子摻雜能夠協(xié)同提升碳材料的導(dǎo)電性，且降低鋅離子與碳之間的相互作用能壘，因而提升鋅離子的吸附性能。

本工作為直接制備HD-HPCs及其電化學(xué)儲能應(yīng)用提供了新思路。

審核編輯：劉清